상악 치아의 저항 중심을 찾기위한 유한 요소 접근 법
Summary
이 연구는 유한 요소 모델을 얻기 위해 상악과 상악치아의 저용량 3 차원 원뿔 빔 기반 환자 이미지를 활용하는 데 필요한 도구를 간략하게 설명합니다. 이 참을성 있는 모형은 정확하게 모든 상악 치아의 CRES를 찾아내기 위하여 이용됩니다.
Abstract
저항의 중심 (CRES)는예측 가능한 치아 운동을위한 기본 기준점으로 간주됩니다. 치아의 CRES를 추정하는 데 사용되는 방법은 전통적인 방사선 및 물리적 측정에서 모델 또는 시체 표본에 대한 시험관 내 분석에 이르기까지 다양합니다. 모델과 단일 치아의 고용량 마이크로 CT 스캔의 유한 요소 분석과 관련된 기술은 많은 약속을 보여 주었지만, 새로운 저용량 및 저해상도 콘 빔 컴퓨터 단층 촬영 (CBCT) 이미지로는 거의 수행되지 않았습니다. 또한, 소수의 선택된 치아(즉, 상악중앙 절개, 개 및 제1 대구치)에 대해서만 CRES가 기술되었다; 나머지는 대부분 무시되었습니다. 또한 CRES를 보다 자세히 결정하는 방법을 설명하여 복제및 구축이 용이해질 수 있습니다.
이 연구는 도구 개발을 위한 일상적인 CBCT 환자 이미지를 사용하였고, 상악치아의 CRES를 찾기 위한 유한 요소 모델을 얻기 위한 워크플로우를 사용했습니다. CBCT 볼륨 이미지는 세분화에 의해 상악치아의 CRES를 결정하는 데 관련된 3차원(3D) 생물학적 구조를 추출하도록 조작하였다. 분할된 오브젝트는 3matic 소프트웨어로 최대 가장자리 길이가 1mm인 사각지대(tet4) 삼각형으로 구성된 가상 메시로 정리및 변환되었습니다. 유한 요소 해석에 사용하기 위해 최대 모서리 길이가 1mm인 테트라헤드론의 솔리드 체적 메시로 모델이 추가로 변환되었습니다. 엔지니어링 소프트웨어인 Abaqus는 모델을 전처리하여 어셈블리를 작성하고 재료 특성, 상호 작용 조건, 경계 조건 및 하중 응용 프로그램을 설정하는 데 사용되었습니다. 하중을 분석할 때 시스템의 응력과 변형을 시뮬레이션하여 CRES를찾는 데 도움을 주어. 이 연구는 치아 움직임을 정확하게 예측하는 첫 번째 단계입니다.
Introduction
치아 또는 치아 세그먼트의 저항 중심 (CRES)은자유 신체의 질량 중심과 유사합니다. 그것은 강체역학의 분야에서 빌린 용어입니다. CRES에서단일 힘이 가해지면, 힘의 작용 선 방향으로 치아의 번역이1,,2가발생합니다. CRES의 위치는 치아의 해부학 및 특성뿐만 아니라 환경 (예 : 치주 인대, 주변 뼈, 인접 치아)에 따라 달라집니다. 치아는 절제된 몸체로, CRES는 자유 신체의 질량 중심과 유사합니다. 가전 제품의 조작에서 대부분의 치열 교정 의사들은 치아 또는 치아 그룹의 CRES에 대한 힘 벡터의 관계를 고려합니다. 실제로, 단일 힘으로 제출될 때 물체가 기울어지거나 신체적 움직임을 표시할지 여부는 주로 물체의 CRES의 위치와 힘 벡터와 CRES사이의 거리에 의해 결정된다. 이것이 정확하게 예측될 수 있는 경우에, 처리 결과는 크게 향상될 것입니다. 따라서, CRES의 정확한 추정은 치열 교정 치아 운동의 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
수십 년 동안, 치열 교정 필드는 주어진 치아의 CRES의 위치에 관한 연구를 재검토하고있다, 세그먼트, 또는 아치1,2,2,3,,4,,5,6,7,,88,,10,,911,,12. 그러나, 이러한 연구는 여러 가지 방법으로 그들의 접근에 제한 되었습니다. 대부분의 연구는 단지 몇 치아에 대 한 CRES를 결정, 대부분을 떠나. 예를 들어, 상악 중앙 절개와 상악 절치 세그먼트는 매우 광범위하게 평가되었습니다. 다른 한편으로는, 상악가 개와 첫번째 대구치에 단지 몇몇 연구 결과가 있고 나머지 치아를 위한 아무 것도 없습니다. 또한, 이러한 연구의 대부분은 치아에 대한 일반적인 해부학 적 데이터, 2 차원 (2D) 방사선 사진에서의 측정 및 2D 도면8에 대한 계산을 기반으로 CRES의 위치를결정했습니다. 또한, 현재 문헌의 일부는 인간의 데이터4,,8이아닌 덴티폼 모델의 일반 모델 또는 3차원(3D) 스캔을 사용한다. 치열 교정이 치아 이동을 계획하기 위한 3D 기술로 전환됨에 따라 이 개념을 다시 검토하여 치아 움직임에 대한 3D 과학적 이해를 개발하는 것이 중요합니다.
기술 발전으로 인해 컴퓨팅 성능과 모델링 기능이 향상되면서 보다 복잡한 모델을 만들고 연구할 수 있는 능력이 향상되었습니다. 컴퓨터 단층 촬영 스캐닝 및 콘 빔 컴퓨터 단층 촬영 (CBCT) 스캐닝의 도입은 2D 세계에서 3D로 추력 모델과 계산을 가지고있다. 컴퓨팅 성능과 소프트웨어 의 복잡성의 동시 증가는 연구원이 치아, 뼈, 치주 인대 (PDL) 및 다양한 다른 구조를 분할하는 고급 소프트웨어에 사용하기 위해 정확한 해부학 모델을 추출하기 위해 3D 방사선 그래프를 사용할 수 있게했다7,,8,9,10,,,13,,10,14, 15.14 이러한 분할된 구조는 지정된 힘 또는 변위가 적용될 때 시스템의 응답을 계산하기 위해 엔지니어링 소프트웨어에 사용하기 위해 가상 메시로 변환할 수 있습니다.
이 연구는 살아있는 환자의 CBCT 심상에서 파생된 모형에 적용된 가상 치열 교정 힘 시스템을 검토하기 위하여 이용될 수 있는 특정, 복제 방법론을 제안합니다. 이 방법론을 활용하여, 연구원은 다양한 치아의 CRES를 추정하고 치아 해부학, 뿌리 수 및 3D 공간에서의 뿌리 수 및 배향과 같은 치과 구조의 생물학적 형태를 고려할 수 있습니다. 이 프로세스의 일반적인 개요는 그림 1에나와 있습니다. 이는 CRES를찾기 위한 3D 치아 모델의 생성에 관여하는 논리적 프로세스로 판독기를 지향하는 것이다.
Protocol
Representative Results
Discussion
본 연구는 환자의 CBCT 이미지로부터 유래된 상악치아 모델의 유한 요소 분석(FEA)에 대한 일관된 워크플로우를 확립하여 그들의 CRES를결정하는 도구 세트를 보여준다. 임상의의 경우 상악치아의 CRES의 명확하고 간단한 지도는 치아 의 움직임을 계획하고 부작용을 예측하는 귀중한 임상 도구가 될 것입니다. 유한원소법(FEM)은 1973년17년치과생체역학연구에 도입되?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 프로젝트를 지원하기위한 찰스 버스톤 재단 상을 인정하고 싶습니다.
Materials
| 3-matic software | Materialise, Leuven, Belgium. | Cleaning and meshing | |
| Abaqus/CAE software, version 2017 | Dassault Systèmes Simulia Corp., Johnston, RI, USA. | Finite Element Analysis | |
| Mimics software, version 17.0 | Materialise, Leuven, Belgium. | Segmentation of teeth and bone |
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